LiDARの未来: 自動運転車とその先

これは、1つのセンサーや1種類のセンサーだけではなく、周囲の全体像を把握するためのさまざまなシステムを意味します。これらには以下が含まれます:

• GPS受信機 で地上の車の位置を正確に特定する

• カメラ は人間の目と同じように周囲の環境を捉える

• 近距離認識のための超音波

• 遠くの物体を検知するレーダー

しかし、この発展途上の業界で他のどのセンサーよりも注目を集めているのは、「LIDAR」、つまり光検出と測距です。レーダーが無線周波数波でスキャンするのと同様に、LIDARは焦点を絞った可視光を使用して環境をスキャンし、3D周囲の「ポイント クラウド」表現を作成します。多数のLIDARスタートアップ企業が登場し、さまざまな技術が改良されている中、このセンシング技術の「近い将来」には何が期待できるでしょうか?

LiDARの価格がより手頃になる

10年前、LIDARユニットは75,000ドルもしましたが、2017年までにこれらのデバイスは10,000ドル以下に下がりました。現在、複数のメーカーが数百ドルの価格のセンサーを売り出している。例えば、VelodyneのH800ユニットは、大量生産の目標価格が1個あたり500ドル未満となっている。他には、LIDARの製造は、ここ数年で飛躍的に高性能化と低価格化が進んだコンピューターチップと同様の価格曲線をたどるだろうという考えのもと、さらに低価格化を目指している企業もある。

もちろん、今日入手可能なこのような（比較的）安価なデバイスは、必ずしもその先祖のデバイスと完全に同じものであるとは限りません。これらの新しい数百ドルのモデルは、通常、より高価なデバイスのような完全な360度回転機能ではなく、約100度のスキャン範囲に制限されています。もちろん、これにより自動車メーカーは、前方と後方に2つの限定範囲センサーを搭載した低レベルの自律性や、4つのセンサーによる全範囲のスキャンなどのオプションを得ることができます。

1台あたり500ドル (4台で最大2,000ドル) と依然として高額ではありますが、75,000ドルほどの高額は、購入を決心するほどの大きな問題ではありません。修理費用の可能性を考慮すると、たとえ車に10万ドル以上支払うつもりであっても、センサーの修理に数万ドルかかるのは、財布にとってかなりの打撃となります。

LiDARのサイズの改善: より小型、より指向性があり、より「堅牢」

低価格であることに加え、このような指向性ライダーのもう1つの利点は、自動車の屋根から突き出ている「ライダー プローブ球体」を必要としないことです。これらの新しいユニットは、車内に押し込めるほど小さくすることも、信号灯のように見えるわずかに突出した部分にすることもできます。

これらのセンサーを小型化できる理由の1つは、レーザーを照射する固体電子機器や指向性ミラーを使用していることです。このようなミラーは、レーザーアセンブリ全体を回転させるのではなく、昔のプロジェクションテレビと同様に、水平方向と、一般的にはより限定された垂直方向の両方に光線を照射することができます。

固体および MEMSベース (マイクロエレクトロメカニカルシステム) デバイスでは、複数の光源からの慎重にタイミングを合わせた光パルスを使用して方向を変えながら、フェーズドアレイレーダー装置のように光を向けることができます。これはプロセスを少し簡略化したものであり、複数の技術が検討されているが、この一般的なアイデアは、真に安価な「LIDAR-ON-CHIP」技術への入り口となる可能性が高い。

このような固体技術は2016年にMITで研究され、ライダーユニットを米国の10セント硬貨よりも小さいサイズにまで縮小した。現在、この種の技術は実際の製品に採用されています。この理想は、MEMS、制御可能な液晶メタサーフェス (LCM)、光フェーズドアレイ (OPA)、あるいはそれらの組み合わせの形をとる可能性があります。2020年に設立されたMITのスピンオフ企業であるKyber Photonicsは、1960年代のRotmanレンズにヒントを得たステアリング技術の開発にも取り組んでいる。したがって、テクノロジーは急速に成熟しているかもしれませんが、それが最終的にどのように機能するかは、まだまったく未解決の問題です。

LiDARソフトウェアオプション

本質的には（レーザーを照射し、それが戻ってくるまでの時間を計測してターゲットまでの距離を計算する）、LIDARは比較的単純な測定技術です。あるステムを他のステムと区別する大きな要素は、舞台裏でショーを実行しているソフトウェアです。

たとえば、LIDARメーカーLuminarのHydraシステムでは、継続的なソフトウェア アップデートが行われており、時間の経過とともにシステムの機能が向上することが約束されています。点群として受信したデータを解釈するために、512コアの強力な8コアARMプロセッサを採用しています。 NVIDIA グラフィックプロセッサ。

もう一つのLIDARベースの企業であるAEyeは、視覚カメラからの入力を使用して、実際のLIDAR測定の焦点をどこに置くべきかを決定します。インテリジェントな検出と測距の略で「iDAR」と呼ばれるこのシステムは、システムの電力消費を抑えながら、より関連性の高いデータを収集できると主張している。このシステムは、環境に関するさらに多くの情報を得るために、「ビデオ」と「ボクセル」（ボリューム ピクセル）を組み合わせた「ビクセル」と呼ばれるものをキャプチャします。

このテクノロジーがどのように展開するにせよ、一つだけ確かなことは、学ぶべき頭字語や混成語のレベルがまったく新しいものになるだろうということです。

LiDARの範囲と採用

自動車用途では、LIDARの検知範囲が拡大し続けることが予想されます。レーダー システムは、高速道路での長距離検知に適したソリューションであると一部の人々 (イーロン マスクなど) は考えています。しかし、現在のライダーシステムの範囲は200～300メートルと宣伝されることが多い。時速70マイルで走行する場合、200メートルの感知範囲で、自動車は状況に反応するのに6秒以上かかります。

制御されたテストで、Aeyeは1000メートル以上でLiDARが機能することを実証しました。理論的には、自動車の反応時間は30秒以上になります。Luninarは、10% 以上の反射率で最大500メートルの範囲をカバーできると主張しており、これは時速70マイルで15秒以上になります。どちらの主張にも限界はあるものの、使用可能な範囲、つまり「現実世界」での範囲は拡大し続けると予想されます。そうなると、自動運転アプリケーションにおけるレーダーの魅力は薄れていくと予想されます。将来的にはテスラもこの技術に注目するかもしれない… ただし、彼らの動きを予測することは、多くの場合無駄な努力となる可能性があります。

もちろん、自動車システムだけに「集中」するべきではありません。この技術は小型化され、今ではiPad ProやiPhone 12 Proにも搭載されています。この技術は、短距離および中距離測定用のロボット工学や電子機器のアプリケーションにさらに統合されるようになると思われます。現在の先進運転支援システム (ADAS) であれ、将来の完全自動運転自動車であれ、あるいは他のさまざまなアプリケーションであれ、この技術が時間とともにどのように発展し、進化していくのかを見るのは楽しみです。